国外水力压裂技术新发展

低渗透油田高效开采技术与发展趋势主要内容制约低渗透油藏高效开采的关键因素国外水力压裂技术的新进展制约低渗透油藏高效开采的关键因素建立有效的注采驱动压力体系

（井网类型、井网与裂缝方位匹配、井距、注采压力、启动压力等）水力压裂增产与伤害的协调常规油藏注水井采油井低渗油藏注水井采油井由于渗透率低和启动压力的作用，导致注采井间无法建立有效的水动力系统，致使注水压力上升，采油井压力下降－－注不进、采不出！NE裂缝方向breakthroughdirection安塞油田坪桥区井位图裂缝导致方向性见水水力压裂增产与伤害的协调压裂过程中压裂液的伤害：

地层天然裂缝填砂裂缝的伤害乌审旗岩心水基压裂液伤害结果水基压裂液： 渗透率伤害率为74.8～97.6%。压裂液进行添加剂优化后：渗透率伤害率为63.0～88.0%。1、基质伤害：滤液的伤害破胶液残渣粒度与孔喉直径对比Davg=103.70umD50=101.30umDmax=116.00umDavg=11.59umD50=0.109umDmax=10~100umParticleDiameterofUnbrokenGel,um破胶液残渣粒度大于孔喉直径，无颗粒侵入伤害！2、天然裂缝伤害：残渣、冻胶残渣堵塞天然裂缝，降低裂缝渗透率；破胶剂难以进入天然裂缝，冻胶破胶不彻底，增加油气渗流阻力。3、填砂裂缝伤害：滤饼、残渣支撑剂嵌入滤饼降低填砂裂缝导流能力；残渣堵塞裂缝孔隙。压裂液残残渣伤害害实验研研究压裂液浓浓度伤害害对比：：CarboPro20/40支支撑剂4.支撑撑剂嵌入入实验研研究10Kg/m2铺砂浓度度实验结结果贵阳林海海30/60目陶粒嵌嵌入实验验新工艺清水压裂裂及其进进展新材料高强度超超低密度度支撑剂剂（ULW）主要内内容容国外水力力压裂技技术的新新进展所谓的清水压裂裂，除了早早期用清清水不带带砂外，，多数是是用化学学处理剂剂，如减减阻剂、、活性剂剂、防膨膨剂处理理过的清清水或线线性胶，，这种水水也常常常称作滑溜水（（slickwater-frac)。作业中带带有少量量砂的，，但也有有加砂量量较多的的，砂比比常为3.5%。用水量多，，排量大大是它们的的共性，，至于造造缝导流流能力的的大小与与储层层物性有有关。２、新工艺－清水压裂裂技术及及其进展展低渗透油油气藏高高效开采采的关键：降低压裂裂液对地地层的伤伤害！降低开采采成本！！清水压裂裂技术清水压裂裂技术的的发展历历程两个砂岩岩地层的的应用效效果对比比清水压裂裂对致密密气藏伤伤害评价价清水压裂裂增产机机理及适适应性压裂液返返排监测测技术70年代中期期，在俄克克拉荷马马西北的的密西西西比裂缝缝性石灰灰岩地层层进行了了有规模模的清水水压裂；；用大量量的清水水，每分分钟排量量为8—12方，砂比比为1.75%，由于砂量量及砂比比都较低低，难以以长期支支撑形成成的裂缝缝。1986至1987年在吉丁斯斯油田（（澳斯汀汀白垩石灰岩地层）进进行了清清水压裂裂，基质质岩石的的渗透率率为0.005至0.2毫达西西，地层厚厚度为50至500英尺。压压裂后，，油井从从平均日日产油0.64方增加加至6.4方。。压裂规规模平均均2400方清清水，排排量平均均7方，，平均用用浓度7.5至至15%的盐酸酸500方。清水压裂裂技术新新进展1988年联合太平平洋能源源（UPR）公公司在其其第一口口水平井中也进行行了清水水压裂，，在作业业中使用用了蜡珠珠作为分分流剂。。95年以后，广泛应应用于裂缝性致致密砂岩岩气藏；提提出了冻冻胶与滑滑溜水联联合的混合清水压裂裂技术。。1995年UPR公司司－东得得克萨斯斯盆地棉棉花谷致致密、低低渗砂岩岩地层施工概况况：泰勒段砂砂岩，对对150口井进进行了250次次的清水水压裂储层情况况：渗透率0.001至0.05毫达西西无论纵向向上和横横向上都都非常不不均质，，纵向上上砂－页页岩交替替，砂层层总厚为为1000到1500英尺清水压裂裂技术应应用实例例1压裂工艺艺：采用大量量清水与与少量的的化学剂剂（降阻阻剂、活活性剂、、防膨剂剂等）20/40目的的Ottawa砂子子，总砂砂用量在在2273公斤斤到136吨之之间砂比3.5%，，少数作作业中使使用砂比比达到15%的的尾随支支撑剂排量为1.6方方到13方，用用水量约约为64方到3180方，前前置液占占40%到50%棉花花谷谷泰泰勒勒砂砂层层A气气田田大大型型清清水水压压裂裂与与常常规规压压裂裂的的比比较较新工艺艺－清水压压裂与与冻胶胶压裂裂效果果比较较泰勒砂砂层ＢＢ气藏藏清水压压裂与常规压压裂产量对对比新工艺艺－清水压压裂与与冻胶胶压裂裂效果果比较较泰勒砂砂层C气田田清水压压裂与常规压压裂产量的的比较较造缝后后导流流能力力不足足！所以要要根据据地层层物性性设计计合理理的导导流能能力、、选择择施工工工艺艺新工艺艺－清水压压裂与与冻胶胶压裂裂效果果比较较90年代中中期安安纳达达柯石石油公公司－－东得得克萨萨斯棉棉花谷谷上侏侏罗纪纪博西西尔砂砂层储层情情况：：博西尔尔砂层层位于于棉花花谷砂砂岩之之下，，是黑黑灰色色页岩岩间夹夹有细细砂、、粉细细泥质质砂岩岩的大大厚层层粘土的的主要要成分分是绿绿泥石石与伊伊利石石平均孔孔隙度度与渗渗透率率分别别为6~10%及0.005~0.05毫毫达西低渗储层层的含水水饱和度度为50%，高渗透透率储层层为5%清水压裂裂技术应应用实例2－混合清水水压裂工艺技术术－混合清水压裂裂法：在工艺实实践中发发现，对对某些储储层清水水压裂导导流能力力得不到到保证，，采用了了混合清清水压裂裂工艺：：用清水水造一定定的缝长长及缝宽宽后，继继以硼交交链的3.6—4.2公斤/方的胍胶胶压裂液液，带有有20/40、40/70目砂子，，从而产产生较高高导流能能力的水水力裂缝缝。EXT-4气井清水压裂裂加少量砂子子压后采气气曲线EXT-9气井清水压裂裂加大量砂子子压后采气气曲线EXT-15气井混合清水水压裂压后采气气曲线研究的目目的在上侏罗罗系砂岩岩的博西西尔地层层进行了了清水压压裂，施施工中泵泵入大量量清水并并在裂缝缝扩展过过程中又又毫无防防滤措施施，在这这样致密密的砂层层内毛管管力自吸吸现象又又严重地地存在；；同时考考虑到泵泵入水在在裂缝扩扩展过程程中，也也会受到到应力依依赖的渗渗透率的的影响。。所以采采用数值值模拟方方法研究这些些因素对对气井产产能的影影响。清水压裂裂对致密密砂岩地地层伤害害评价压裂施工工及监测测情况滑溜水1590方40/70目涂层砂砂（RCS）50方平均排量量12方井口平均均作业压压力53MPa微地震成成象监测测有效效厚度度：169ft孔隙隙度度：8.89%水平渗透透率：0.0297md垂向渗透透率：0.00297md新工艺－清水压裂裂中水锁锁及岩石石物性应应力依赖赖性的影影响采用油藏—地地质力学学—压裂裂模拟的综合模模型进行行拟合，，拟合时时的限制制条件如如下：压裂压力力约在81~84.5MPa之间;裂缝微震震成像的的半长约约为106——137米，垂垂直于缝缝的宽度度很大（（每边可可达15米－－－地层变变形的范范围！））;返排期间间水产量量递减很很快，到到生产晚晚期基本本为常数数;不稳定试试井得出出的缝长长较短，，缝导流流能力约约为1.52~3dc.cm。。研究究方方法法－－数数值值模模拟拟方方法法（地地层层－－裂裂缝缝模模型型，，单单相相与与气气水水两两相相））拟合合时时的的计计算算参参数数1渗渗透透率率：：0.03－－0.0107md2导导流流能能力力：3填填砂砂缝缝长长：：67m压裂裂作作业业拟拟合合结结果果QgQw排液液与与生生产产时时间间的的拟拟合合停泵泵时时，，滤滤失失区区达达到到了了15英英尺尺停泵时刻裂裂缝壁面附附近地层含含水饱和度度分布平均进水深深度5-10英英尺停泵时井筒附近地层含水水饱和度度分布水侵入区区域在井井底周围围已大大大减少，，但在缝缝端部的的含水饱饱和度仍仍然很高高，此处处的排液液程度较较低，排排液的初初速度与与井底周周围的水水饱和度度、滤失失区的厚厚度有关关，并受受控于随随应力而而变化的的渗透率率。生产10天后裂裂缝附近近地层含含水饱和和度的分分布水锁和水水相渗透透率对产产量影响响单相气与与气水两两相流对对产量影影响不大大！因此，水水锁影响响并不大大！渗透率伤伤害（粘粘土膨胀胀、堵塞塞等）对对产量影影响裂缝附近近地层渗渗透率降降低2％，产量降降低10～15％！因此，清清水压裂裂也应针针对性地地选择添添加剂，，以减少少对储层层的伤害害！岩石中的的天然裂裂缝多半半是表面面粗糙，，闭合后后仍能保保持一定定的缝隙隙，这样样形成的的导流能能力，对对低渗储储层来说说已经足足够了。。这种情情况已在在实验室室中观察察到。常规冻胶胶压裂，，由于排排液不完完善，裂裂缝的导导流能力力受残渣渣伤害等等有所降降低，清清水压裂裂基本上上不存在在不易排排液的问问题。清水（线线性胶））易于使使砂子沉沉到垂直直缝周边边较细的的天然裂裂缝中，，扩大了了渗滤面面积。压裂过程程中岩石石脱落下下来的碎碎屑（特特别是在在页岩地地层中））它们可可能形成成“自撑撑”式的的支撑剂剂。清水压裂裂增产机机理－常规解释释认为剪切切力能使使裂缝壁壁面从原原位置上上移动，，从而产产生不重重合并出出现许多多粗糙泡泡体表面面，由于于存在剪剪切滑移移，在裂裂缝延伸伸过程中中也能使使已存在在的微隙隙裂开，，并使断断层面及及其它弱弱面张开开，这些些现象可可以发生生在水力力裂缝的的端部或或裂缝周周围的滤滤失带中中。剪切膨胀胀扩展裂裂缝－基本假设设清水压裂裂增产机机理－新解释剪切膨胀胀扩展裂裂缝－物理过程程当裂缝周周边的岩岩石在压压力超过过门槛压压力后，，即发生生“滑移移”破坏坏，两个个裂缝粗粗糙面的的滑动，，使垂直直于缝面面的缝隙隙膨胀。。停泵后后，张开开了的粗粗糙面使使它们不不能再滑滑回到原原来的位位置，从从而剪切切膨胀的的裂缝渗渗透率得得到保持持。清水压裂裂在这种种情况下下的成功功与否，，取决于是否存在在着有利利的天然然裂缝系系统以及及它们对对压力及及原有的的就地应应力的响响应程度度。质地强硬硬的岩石石有许多多粗糙的的节理，，很高的的抗剪程程度，很很好的剪剪切与裂缝导导流能力力的耦合合性，清清水压裂裂适用（（裂缝性致致密砂岩岩、灰岩岩地层等）；强度较弱弱的岩石石如泥质质砂岩就就不适合合清水压压裂；储层的裂裂缝网状状分布及及流体流流动过程程都可以以用以评评价是否否应该采采用清水压裂裂。清水压裂裂增产的的适应性性由于清水压裂裂可免去制制备冻胶胶所消耗耗的化学学剂量，，包括成成胶剂、、交链剂剂与破胶胶剂，不不含残渣渣，不会会堵塞地地层；减少了砂砂（支撑撑剂）的的用量及及运砂的的费用所以清水压裂裂与常规规冻胶压压裂在相相同规模模的作业业中可节节省费用用40%—60%。对于那那些渗透透率很低低的边际油气气田，清水压压裂将是是开采这这类油气气田的重重要措施施，也是是降低采采油成本本，增加加动用储储量的有有效途径径。清水压裂裂技术－－结论１、记录泵入入水的回回采率，，但是此此值受地地层产出出水的影影响很大大。２、计量排液液中的聚聚合物浓浓度，此此方法操操作上非非常复杂杂，测试试结果也也不十分分确切，，由于滤滤失而使使聚合物物浓度提提高，在在泵入水水回采率率的计算算方面，，可能产产生误导导。３、分析注入入前后的的聚合物物溶液以以确定碳碳水化合合物的总总含量，，从而计计算水的的回采率率。此方方法同样样受缝中中滤失的的影响。。压裂液排排液或回回排的监监测常规方法法返排率？？问题题获得的水水回采率率都不是是从作业业中各个个压裂液液段中得得到，是是笼统的的整个作作业过程程中的情情况。有时返排排率很高高，但压压后生产产动态很很差！（（往往是是最后注注入的一一段液体体未排出出堵塞了了裂缝！！）？特点：示踪剂具具有独特特性质，，各不相相同：它它们彼此此不起反反应，与与岩层或或金属管管类也没没有化学学反应；；不随时时间或温温度的变变化而发发生降解解，示踪踪剂在极极低浓度度（50ppt）下仍仍可被察察觉。无无论在运运输、泵泵入或废废弃时，，都是安安全的。。易溶于于水，滤滤失后也也不会浓浓集。性质各异异的压裂裂用化学学示踪剂剂（CFT）压裂液排排液或回回排的监监测新方法方法：在泵的低低压部分分注入，，浓度是是1ppm。压压裂后返返排每隔隔15分分钟采样样一次一一直到有有天然气气突破，，可以分分析到样样品中1ppb的含含量。由由于分层层分液段段泵入性性质独特特的CFT，可可用物质质平衡方方法计算算分层，，分液段段回排效效率，从从而获得得每口井井的回排排效率。。一是井底底附近从井底附附近地区区回排是是由于井井底附近近的滤失失量太大大，前置置液阶段段的液体体滤失于于此地。。当作业业井回排排时，井井底附近近滤失液液先排出出来。二是从裂裂缝端部部当井筒附附近的渗渗透率低低或没有有滤失时时，前置置液回流流至井中中并将它它前面的的液段推推向井底底，先泵泵入的最最后排出出。压裂液的的两种回排类型型常规冻胶胶压裂液液与滑溜水压压裂液回排区别别冻胶液可以看作全悬浮液，靠粘度和排量携砂，液段和支撑剂分布密切，最后注入的最先回排！（受破胶剂的影响）滑溜水靠排量携砂，砂子沉降后液体在砂堤形成漩涡流，使先后加入的液段混合在一起，在相同的时间以相同的浓度排出！博西尔砂砂层冻胶胶压裂的的回排剖剖面化学压裂裂示踪剂剂技术的的应用－－冻胶博西尔砂砂层滑溜溜水基清清水压裂裂的回排排剖面化学压裂裂示踪剂剂技术的的应用－－清水高密度支撑剂材材料强度度的提高高，密度度也随着着加大，，颗粒密密度的增增加，直直接导致致了输砂砂的难度度，也很很难做到到在水力力裂缝内内均匀的的布砂。。沉降速速度过快快，也会会导致压压裂过程程中在地地层中出出现桥堵堵。低密度低密度支支撑剂能能够在低低排量下下保证支支撑剂的的输送，，能提供供在绝大大部分裂裂缝面积积上得到到支撑剂剂的机会会，降低低支撑剂剂密度还还可以减减少配制制压裂液液系统的的复杂性性从而减减少了对对填砂裂裂缝的伤伤害。高强度超低密度支撑剂－ULW３、新材料料－高强度超低低密度支撑撑剂美国BJ服服务公司••2003年•两种种ULW支支撑剂ULW1.25支支撑剂－被被树脂浸透透并涂层的的化学改性性核桃壳ULW1.75支支撑剂－－树脂涂层层的多孔陶陶粒新材料－高强度超低低密度支撑撑剂ULWULW1.25支支撑剂－化化学改性核核桃壳ULW1.75支支撑剂－－树脂涂层层的多孔陶陶粒新材料－ULW1.25支撑剂制作工序：：先将粒径比比较接近的的核桃壳微微粒（20/30目目）用强树树脂浸渍，，然后将浸浸透的核桃桃壳用酚醛醛树脂涂层层，后一步步与现今用用的涂层砂砂的工艺相相似。主要特点：：视密度为0.85克克/毫升(是石英砂砂的一半)79摄氏度度下能承受受41.4MPa的闭合应应力，温度度升高则强强度降低，，107°°Ｃ时仅为为27.6MPa；；可破碎到任任意API（泰勒网网目）的大大小，6－－100目目。新材料－ULW1.75支撑剂为树脂涂层层的多孔陶陶粒，制造造过程与常常规低比重重的陶粒支支撑剂（LWP）相相似，二者者性能也比比较接近，，密度有较较大的差别别。ULW的密密度约在1.75到到1.9克/毫升升之间，与与制造过程程中控制颗颗粒的孔隙隙度有关。。涂层的多多孔陶粒，，一方面增增加了它的的强度并封封闭了颗粒粒外部的孔孔隙，防止止了外部液液体的入浸浸从而也保保持了低密密度